(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射対象である製品等のワークと外部観察点との間であって、かつ、それらを結ぶ観察軸線上に設けられた観察孔と、
前記観察孔の周囲に設けられ前記ワークに光を照射する第１光源部と、
前記外部観察点側であって前記観察孔に臨む位置に、前記観察軸線に対して斜めに設けられたハーフミラーと、
射出された光が前記ハーフミラーで反射し、前記観察孔を通って前記ワークに照射される位置に設けられた第２光源部と、
前記観察孔の深さ方向全体に亘って嵌め込まれた透明部材とを備えることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記ハーフミラーが、中実透明体からなるビームスプリッターに内包されている請求項１記載の光照射装置。
【請求項３】
前記ビームスプリッターを構成する中実透明体の絶対屈折率が前記透明部材の絶対屈折率より大きい請求項２記載の光照射装置。
【請求項４】
前記第１光源部が、前記観察孔が形成された平板状の透明体と、前記透明体に光を導入する複数の発光体をさらに備え、前記透明体の前記ワークに対向する面より光を導出する請求項１、２又は３記載の光照射装置。
【請求項５】
前記透明部材の側周端面の内面が光反射面である請求項４記載の光照射装置。
【請求項６】
前記透明部材の側周端面の外面が光反射面である請求項４又は５記載の光照射装置。
【請求項７】
前記透明部材の絶対屈折率が前記平板状の透明体の絶対屈折率より大きい請求項４記載の光照射装置。
【請求項８】
前記透明部材が、前記ビームスプリッターのワークに対向する側の端部を構成している請求項２、３、４又は５記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品の表面検査やマーク検出等に好適に用いられる光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同軸照明が可能な光照射装置としては、例えば、特許文献１に開示されているような無影照明装置が知られている。この種の無影照明装置は、製品等に対し表面検査等を行う目的から無影で照明するとき等に用いられるものである。このような光照射装置のうち面発光装置を用いたものとしては、例えば、図９に示すようなものが挙げられる。
【０００３】
すなわち、当該光照射装置１００は、例えば製品等のワークＷを覆うように配置される平面状の発光面（第１光源部）１０１を備えており、その中央部分にワークＷを外部から視認するための観察孔１０１ａが設けられている。そして、この観察孔１０１ａからもワークＷに光が照射されるようにするため、同軸照明機構を設けている。この同軸照明機構は、観察孔１０１ａのほぼ直上に４５°の傾斜姿勢でハーフミラー１０３を配置するとともに、そのハーフミラー１０３の側方に平面状の発光面（第２光源部）１０２を配置し、当該第２光源部１０２から射出された光が、ハーフミラー１０３で反射し観察孔１０１ａを通って、ワークＷに照射されるように構成したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
当該光照射装置１００のようにハーフミラー１０３を備えていて、ハーフミラー１０３で反射した光をワークＷ表面に照射して、ワークＷ表面で反射した光を捕捉して撮像を行う場合、ワークＷ表面の一部に暗いムラ部分ができることがあり、精密な表面検査等では当該ムラ部分が問題になる。
【０００６】
このムラ部分が生じる要因の１つとして、ハーフミラー１０３にワークＷ側の像が映り込むことによる。すなわち、図１０及び図１２に示すように、ワークＷの周縁部から観察孔１０１ａを介してハーフミラー１０３を見ると、第２光源部１０２が映らずにワークＷ側の像が映る領域が生じていることがわかる。
【０００７】
一方、ワークＷの中央部から観察孔１０１ａを介してハーフミラー１０３を見ると、図１１及び図１３に示すように、全視野において第２光源部１０２が映っているのが見える。
【０００８】
これは、ワークＷの中央部から見たときに比べて、ワークＷの周縁部から見たときの方が、第２光源部１０２の輝度にムラがあるように見えることを意味する。これが、ワークＷ表面をその正反射光を捕捉して明視野で観察する場合に、ワークＷ表面の一部に暗いムラ部分が生じる一因である。これは、明視野でワークＷ表面を観察する場合は、ワークＷ表面の明るさは光源の輝度で決まるので、ワークＷ側から光源を見たときに均一な輝度で光源が見えないと、その輝度のムラがそのままワークＷ表面の濃淡として観察されてしまうことによる。この濃淡が最も問題になるのは表面に凹凸がある反射率の高いワークＷを明視野で観察する場合である。
【０００９】
これを解消するには、ワークＷ側に更に第３の光源部を設置すればよいが、このようにすると、装置が肥大化するうえに、光量ロスが大きくなって効率が悪くなる。
【００１０】
また、発光体１０４から発して透明板１０５内を進行する光は、観察孔１０１ａの側周面の内面で全反射するため、観察孔１０１ａの側周面は暗く見え、これもワークＷ表面に明るさのムラができる原因となる。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、簡単な構成でありながら、ワーク表面の明るさのムラを効果的に抑制し、無影照明等をより好適に行うことができる光照射装置を提供することをその主たる所期課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明に係る光照射装置は、光の照射対象である製品等のワークと外部観察点との間であって、かつ、それらを結ぶ観察軸線上に設けられた観察孔と、前記観察孔の周囲に設けられ前記ワークに光を照射する第１光源部と、前記外部観察点側であって前記観察孔に臨む位置に、前記観察軸線に対して斜めに設けられたハーフミラーと、射出された光が前記ハーフミラーで反射し、前記観察孔を通って前記ワークに照射される位置に設けられた第２光源部と、前記観察孔内に嵌入された透明部材と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
このようなものであれば、前記透明部材が反射用部材として機能して、例えば、その側周面の内面やワーク対向面の内面で第２光源部からの光を全反射して、第２光源部からの光をワークの周縁部にまで良好に導くことができる。このため、簡便な構成でワーク表面全体にムラなく光を照射することができ、より輝度ムラの少ない照明機構を構築できる。
【００１４】
前記ハーフミラーとしては、例えば、中実透明体からなるビームスプリッターに内包されている態様が挙げられる。
【００１５】
前記ハーフミラーが中実透明体からなるビームスプリッターに内包されている場合、第２光源部からの光をワークの周縁部のうち第２光源部の下方にも良好に導くためには、前記ビームスプリッターを構成する中実透明体として、前記透明部材より絶対屈折率が大きいものを用いることが好ましい。このようなものであれば、第２光源部からの光をビームスプリッターの下端面の内面で全反射してその進行方向を変えることができる。
【００１６】
前記第１光源部が、前記観察孔が形成された平板状の透明体と、前記透明体に光を導入する複数の発光体とを備え、前記透明板の前記ワークに対向する面より光を導出する面発光装置である場合、前記透明部材の前記ワークに対向する端面は、前記透明体の前記ワークに対向する面と面一であることが好ましい。このようなものであれば、第１光源部からの光の導出面と第２光源部からの光の導出面とに不連続部分がなく、ワーク表面全体にムラなく光を照射することができる。
【００１７】
前記第１光源部が上記のような面発光装置である場合、前記複数の発光体から発して前記透明板内を進行する光は、観察孔の側周面の内面で全反射するため、観察孔の側周面は暗く見え、これもワーク表面に明るさのムラができる原因となる。しかし、前記透明部材の側周端面の内面が光反射面であれば、このような観察孔の側周面が暗く見える現象を防止することができる。また、前記透明部材の側周端面の外面が光反射面であれば、観察孔の側周面からの光の漏出をより確実に防止することができるので、前記透明板のワーク対向面を観察孔側の端に至るまで均一な明るさで光を導出する光導出面とすることができる。そして、前記透明部材の側周端面の内面及び外面の両方が光反射面であることがより好ましい。
【００１８】
前記透明部材の側周面内面で第２光源部からの光を全反射するためには、前記透明部材の絶対屈折率が前記平板状の透明体の絶対屈折率より大きいことが好ましい。又は、前記透明部材の前記観察孔の側周面に対向する面が、前記透明部材を構成する材料より絶対屈折率が小さい材料により被覆されていてもよく、前記観察孔と前記透明部材との間に間隙が形成されていてもよい。
【００１９】
前記透明部材は、前記ビームスプリッターと一体となって、そのワークに対向する側の端部を構成していてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
このような構成の本発明によれば、簡単な構成によりワークから観察孔を見たときの光源部のない領域を効果的に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光照射装置の中央縦断面図である。
【図２】同実施形態における光照射装置の平面図である。
【図３】同実施形態における光学部材の部分縦断面図である。
【図４】同実施形態に係る光照射装置の光路を説明する光路説明図である。
【図５】他の実施形態に係る光照射装置の中央縦断面図である。
【図６】他の実施形態に係る光照射装置の中央縦断面図である。
【図７】他の実施形態に係る光照射装置の中央縦断面図である。
【図８】他の実施形態に係る光照射装置の中央縦断面図である。
【図９】従来の光照射装置を示す模式的構造図である。
【図１０】従来の光照射装置の光路を説明する光路説明図である。
【図１１】従来の光照射装置の光路を説明する光路説明図である。
【図１２】従来の光照射装置の光路を説明する光路説明図である。
【図１３】従来の光照射装置の光路を説明する光路説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態に係る光照射装置１は、例えば、工場等において製品等の対象物（ワーク）に光を照射し、その表面の傷やマーク等を自動検査する際に用いるためのもので、図１及び図２に示すように、第１光照射部２と第２光照射部６とを備えている。
【００２４】
以下に各部を詳述する。
第１光照射部２は、矩形板状をなす光学部材３と、その光学部材３の側周囲から光を照射する第１光源部５と、光学部材３及び第１光源部５を保持する枠体４とを備えている。
【００２５】
光学部材３は、一方の面をワーク対向面３１ａとして、光の照射対象であるワークＷに向けて設置される透明板３１と、透明板３１における他方の面（反ワーク対向面）３１ｂに並べ設けた多数の反射部３２とからなる。
【００２６】
透明板３１は、等厚で平面視正方形状の平板状をなす無色透明体であり、撮像装置ＭとワークＷとを結ぶ観察軸線Ｃ上に観察孔３１１が形成してあり、例えばアクリルやガラス等からなるものである。
【００２７】
反射部３２は、その一つ一つは、例えば平面視円形状をなし、径が数十〜数百μｍ、厚みがミクロンオーダーの極めて小さく薄いものである。そして、図３に示すように、当該反射部３２を、互いの間に微細な隙間Ｓが形成されるように、透明板３１における反ワーク対向面３１ｂの、側周縁部を除く略全面に亘って、等ピッチ（例えば約０．４ｍｍピッチ）で縦横に多数並べ設けてある。反射部３２は、例えば、光拡散部材である粒子状の反射フィラを含有した白色の顔料から形成したもので、その表面である光反射面において、主として光を反射するとともに、内部に侵入した光の一部を、前記反射フィラで拡散させて反射する。
【００２８】
第１光源部５は、図２に示すように、透明板３１の４つの側周端面３１ｃにそれぞれ対応する４つのユニットからなる。各ユニットは、帯状をなす１つの配線基板５２とその配線基板５２に等間隔１列で搭載した複数のＬＥＤ５１からなり、それらＬＥＤ５１が、透明板３１の側周端面３１ｃに臨むように配置され、当該側周端面３１ｃから透明板３１の内部に向かって光を照射する。
【００２９】
枠体４は、正方形環状をなし、例えば内周面に開口する周回溝を有した金属製のもので、その周回溝の中に第１光源部５を保持収容する。またその溝の開口縁部で、透明板３１の側周縁部を厚み方向から挟み込んで保持する。
【００３０】
第２光照射部６は、キューブ型ビームスプリッター７と、キューブ型ビームスプリッター７の下端に連続して設けられた透明部材７´と、キューブ型ビームスプリッター７の側端面７ａから光を照射する第２光源部８と、キューブ型ビームスプリッター７及び第２光源部８を保持する枠体９とを備えている。
【００３１】
キューブ型ビームスプリッター７は、ハーフミラー７１が内包された直方体状の中実透明体であり、全面が透明なものであって、その内面で光が全反射可能なものである。本実施形態で用いるキューブ型ビームスプリッター７は、具体的には、直角プリズムを二つ貼り合わせ、その接合面に誘電体多層膜や金属薄膜等からなるコーティングを施すことによりハーフミラー７１を形成してなるものである。キューブ型ビームスプリッター７は、そのハーフミラー（接合面）７１が観察孔３１１と撮像装置Ｍとの間の観察軸線Ｃ上に、観察軸線Ｃに対して斜め４５度の角度となるように配置されている。
【００３２】
キューブ型ビームスプリッター７の下端には別体からなる直方体状の透明部材７´が連続して設けられており、キューブ型ビームスプリッター７の下端面７ｄと透明部材７´の上端面とは隙間なく密接している。当該透明部材７´は具体的にはロッドレンズからなり、当該ロッドレンズはキューブ型ビームスプリッター７を構成するプリズムの材料より絶対屈折率が小さい材料から形成されている。透明部材７´は、透明板３１に設けられた観察孔３１１を塞ぐように観察孔３１１内に挿入されており、観察孔３１１の側周面と透明部材７´の側周端面７ｃとは隙間なく密接している。また、透明部材７´は、その下端面７ｂと透明板３１のワーク対向面３１ａとが面一に連続面を形成するように配置してある。
【００３３】
透明部材７´を構成するロッドレンズの材料としては、透明板３１を構成する材料より絶対屈折率が大きいものが用いてある。これは、透明部材７´の４つの各側周端面７ｃ内面における全反射を担保するためである。また、透明部材７´の４つの各側周端面７ｃにはアルミ蒸着等による鏡面処理が施されており、外向きの光反射面が構成されている。
【００３４】
第２光源部８は、矩形状をなす基板８１と当該基板８１上に並べ設けた複数（多数）のＬＥＤ８２からなり、基板８１は観察軸線Ｃと平行に設置してあり、ＬＥＤ８２はキューブ型ビームスプリッター７の側端面７ａに臨むように配置され、当該側端面７ａからハーフミラー７１に向かって光を射出する。
【００３５】
枠体９は、側面視矩形状をなし、例えば側端面に開口する凹部を有した金属製のものであり、凹部の内側面に形成された溝の中に第２光源部８を保持し、当該凹部の開口縁部でキューブ型ビームスプリッター７の側端部を挟みこんで保持する。
【００３６】
次に、このように構成した光照射装置１の作用を以下に説明する。
【００３７】
まず、図１に示すように、ワークＷと撮像装置Ｍとを対向させて設置し、その間に、光照射装置１を、そのワーク対向面３１ａがワークＷに向くようにして、観察軸線Ｃ上に設置する。
【００３８】
この状態で、第２光源部８から光が射出されると、その光はキューブ型ビームスプリッター７の側端面７ａから内部に進入し、ハーフミラー７１に向かってキューブ型ビームスプリッター７の内面で全反射しながら進行する。そして、ハーフミラー７１に到達した光は、そこで反射して観察孔３１１に向かってキューブ型ビームスプリッター７の内面で全反射しながら進行する。
【００３９】
具体的には、第２光源部８から発した光は、キューブ型ビームスプリッター７の側端面７ａの各側辺からハーフミラー７１の各側辺に至るまでの対向する側部内面において、全反射しながら進行する。そして、均一化された拡散光として下端面７ｂから出て、ワークＷに向かって照射される。
【００４０】
一方、第１光源部５から発した光は、透明板３１の側周端面３１ｃから内部に進入し、図３に示すように、中央部に向かって、ワーク対向面３１ａの内面と反ワーク対向面３１ｂの内面との間で全反射しながら進行する。その過程で、反ワーク対向面３１ｂに貼り付けられた反射部３２に到達した光は、そこで乱反射し、均一化された拡散光としてワーク対向面３１ａから出て、ワークＷに向かって照射される。
【００４１】
そして、撮像装置Ｍは、ワークＷで反射し、観察孔３１１を通過した光を捕捉することにより、ワークＷを撮像し、当該ワークＷの表面検査や記号読取を行う。
【００４２】
この際、図４に示すように、ワークＷからの反射光のうち、透明部材７´の下端面７ｂを通過してハーフミラー７１で反射しキューブ型ビームスプリッター７の下端面７ｄの内面に向かった光Ｌ１は、当該内面で全反射して第２光源部８に向かうので、ワークＷの周縁部から観察孔３１１を介してハーフミラー７１を見ると、全視野において第２光源部８が映っているのが見える。このため、ワークＷから観察孔３１１を見たときの光源部のない領域を減少させることができる。
【００４３】
また、ワークＷからの反射光のうち、透明部材７´の下端面７ｂを通過し、次いで、透明部材７´の側周端面７ｃの内面で全反射し、更に、ハーフミラー７１に向かった光Ｌ２は、ハーフミラー７１で反射して第２光源部８に向かうので、ワークＷの周縁部から観察孔３１１の側周面を見ると、やはり、第２光源部８が映っているのが見える。このため、ワークＷ表面における明るさのムラを低減することができる。
【００４４】
このような実施形態に係る光照射装置１であれば、第２光源部８からの光の一部はキューブ型ビームスプリッター７の下端面７ｄや透明部材７´の側周端面７ｃの内面で全反射して進行方向を変えるので、第２光源部８からの光をワークＷの周縁部にも良好に導くことができる。このため、ワークＷ表面の明るさのムラを低減することができる。
【００４５】
また、第２光源部８からハーフミラー７１までの光路及びハーフミラー７１から観察孔３１１までの光路において、第２光源部８から発した光がキューブ型ビームスプリッター７内面において全反射するので、ワークＷの周縁部にも観察孔３１１の全天方向から光が照射され、そのためワークＷの周縁部で生じていた明るさのムラを大きく軽減でき、ワークＷ表面全体に亘ってより均一な光を照射することができるようになる。
【００４６】
更に、従来の光照射装置では、第１光源部５から発して透明板３１内を進行する光は、観察孔３１１の側周面の内面で全反射するため、観察孔３１１の側周面の外面は暗く見え、これもワークＷ表面に明るさのムラができる原因となるが、本実施形態によれば、第２光源部８から発した光のうち透明部材７´の側周端面７ｃの内面で全反射した光が観察孔３１１の側周面の方向からもワークＷ表面に照射されるので、上述の明るさのムラを低減することができる。
【００４７】
また、観察孔３１１の側周面と隙間なく密接する透明部材７´の側周端面７ｃに外向きの鏡面処理が施してあることにより、観察孔３１１の側周面からの光の漏出がより確実に防止されて、その結果、透明板３１のワーク対向面３１ａは観察孔３１１側の端に至るまで均一な明るさでワークＷを照らすことができる。
【００４８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４９】
例えば、図５に示すように、キューブ型ビームスプリッター７の下端部７２が延伸されており、この延伸された下端部７２が、透明板３１に設けられた観察孔３１１内に挿入してあってもよい。
【００５０】
また、透明部材７´の側周端面７ｃ内面における全反射を担保するために、透明部材７´の材料として、透明板３１を構成する材料より絶対屈折率が大きいものを用いる代わりに、透明部材７´の側周端面７ｃが、透明部材７´の材料より絶対屈折率が小さい材料により被覆されていてもよい。そして、全反射の担保とともに、透明部材７´の表面からの光の漏出をより確実に防止するためには、透明部材７´の側周端面７ｃにアルミ蒸着等による内向きの鏡面処理が施されていてもよい。
【００５１】
更に、透明部材７´の側周端面７ｃ内面における全反射を担保するための他の方策としては、透明部材７´と観察孔３１１とを密接させずに、これらの間に間隙を設けることが挙げられる。このようにして、透明部材７´と観察孔３１１との間に空気を介在させることによっても、透明部材７´の側周端面７ｃ内面における全反射を担保することができる。
【００５２】
また、キューブ型ビームスプリッター７の表面からの光の漏出をより確実に防止するためには、その表面にアルミ蒸着等による内向きの鏡面処理が施されていてもよい。
【００５３】
更に、第１光照射部２は、図６に示すように、ドーム型照明であってもよく、図７に示すように、リング型照明であってもよい。
【００５４】
また、第２光照射部６は、図８に示すように、筐体１１と、その筐体１１に取り付けられたハーフミラー７１、観察孔３１１に嵌入された透明部材７´、第２光源部８及び拡散板１０からなるものであってもよい。
【００５５】
ここで、筐体１１は、透明板３１に設けられた観察孔３１１を覆うように、透明板３１上に取り付けられる平面視矩形状のものであり、ハーフミラー７１は、観察孔３１１と撮像装置Ｍとの間の観察軸線Ｃ上に、当該観測軸線Ｃに対して斜め４５度の角度で配置してある。
【００５６】
拡散板１０は、第２光源部８とハーフミラー７１との間に介在させた矩形薄板であり、第２光源部８の発光面と平行に配置してある。この拡散板１０は、透光性と光拡散性を有したくもりガラスのようなものであり、一方の面１０ａから入射した第２光源部８からの光をより均一化して他方の面１０ｂからハーフミラー７１に向かって射出する。そしてこの他方の面１０ｂから出た光がハーフミラー７１で反射して観察孔３１１を通り、ワークＷに照射される。
【００５７】
そして、この実施形態では、この筐体１１の内面のうち、第２光源部８からハーフミラー７１までの光路及びハーフミラー７１から観察孔３１１までの光路を覆う光路壁内面Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を鏡面にしている。
【００５８】
具体的には、他方の面１０ｂの頂辺からハーフミラー７１の頂辺に至るまでの頂部光路壁内面Ａ２、他方の面１０ｂの底辺から観察孔３１１に至るまでの底部光路壁内面Ａ１、他方の面１０ｂの各側辺からハーフミラー７１の各側辺に至るまでの対向する側部光路壁内面Ａ３（図示しない。）及びハーフミラー７１の底辺から観察孔３１１に至るまでの底部光路壁内面Ａ４に電解研磨等を施して非常に面精度のよい鏡面としている。
【００５９】
なお、光路壁内面Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の全てが鏡面でなくともよく、そのいずれか１つ以上が鏡面であってもよい。
【００６０】
その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・光照射装置
３１１・・・観察孔
５・・・第１光源部
７・・・キューブ型ビームスプリッター
７２・・・下端部
７１・・・ハーフミラー
７ｂ・・・下端面
７´・・・透明部材
８・・・第２光源部
Ｃ・・・観察軸線
Ｗ・・・ワーク
【図１】
0005556733.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005556733.tif 000004
【図４】
0005556733.tif 000005
【図５】
0005556733.tif 000006
【図６】
0005556733.tif 000007
【図７】
0005556733.tif 000008
【図８】
0005556733.tif 000009
【図９】
0005556733.tif 000010
【図１０】
0005556733.tif 000011
【図１１】
0005556733.tif 000012
【図１２】
0005556733.tif 000013
【図１３】
0005556733.tif 000014